ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД Российский патент 2007 года по МПК H03M1/64 

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к преобразователям угла поворота вала в код, и может быть использовано в системах обработки данных.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусный трансформаторный датчик, селектор октантов, суммирующие масштабные усилители, линейные множительные устройства, суммирующий блок, масштабные устройства, компаратор, регистр и блок управления (см. а.с. СССР №416717, Кл. G08C 9/00, 1974 г.).

Недостатком преобразователя является его сложность, невысокая точность и низкое быстродействие.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь угла поворота вала в код, принятый за прототип и содержащий (см. а.с. СССР №481929, Кл. G08C 9/04, 1975 г.) синусно-косинусные трансформаторные датчики, выходы которых подключены ко входам коммутатора, выходы которого подключены ко входам интеграторов непосредственно и через пороговые элементы, настроенные попарно на положительные и отрицательные пороговые напряжения, подключены ко входам элемента 4И-НЕ, выход которого подключен ко входу блока запуска и остановки интеграторов, выход которого подключен к управляющему входу функционального преобразователя отношения напряжений в код и к управляющим входам интеграторов, выходы которых подключены ко входам функционального преобразователя отношения напряжений в код, выходы которого являются выходами преобразователя.

Недостатком известного преобразователя является низкое быстродействие, обусловленное тем, что на преобразование (интегрирование, кодирование и подготовку (обнуление) интеграторов к следующему циклу интегрирования) каждого из входных параметров затрачивается время, равное периоду входных сигнальных напряжений.

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные трансформаторные датчики, выходы которых подключены ко входам коммутатора, выходы которого подключены ко входам интеграторов непосредственно и через пороговые элементы, настроенные попарно на положительные и отрицательные пороговые напряжения, подключены ко входам элемента 4И-НЕ, выходы интеграторов подключены ко входам функционального преобразователя отношения напряжений в код, выходы которого являются выходами преобразователя, введены счетчик, триггер, формирователь времени интегрирования и формирователь сигнала исходного состояния, выход которого подключен к первым входам счетчика, триггера и формирователя времени интегрирования, второй вход которого подключен к выходу элемента 4И-НЕ, а выход подключен к первым управляющим входам интеграторов, к управляющему входу функционального преобразователя отношения напряжений в код и ко вторым входам триггера и счетчика, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, управляющий выход функционального преобразователя отношения напряжений в код подключен к третьему входу триггера, выход которого подключен ко вторым управляющим входам интеграторов, причем формирователь времени интегрирования содержит генератор импульсов, счетчик-распределитель, триггер и элемент НЕ, вход которого является первым входом формирователя времени интегрирования, а выход подключен к первому входу счетчика-распределителя, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первый вход триггера является вторым входом формирователя времени интегрирования, второй и третий входы триггера подключены соответственно к первому и второму выходам счетчика-распределителя, а выход является выходом формирователя времени интегрирования.

Структурная схема преобразователя угла поворота вала в код приведена на фиг.1, структурная схема формирователя времени интегрирования приведена на фиг.2, временные диаграммы работы преобразователя угла поворота вала в код приведены на фиг.3.

Преобразователь угла поворота вала в код содержит синусно-косинусные трансформаторные датчики 1, коммутатор 2, интеграторы 3, функциональный преобразователь 4 отношения напряжений в код, пороговые элементы 5 и 6, элемент 4И-НЕ 7, формирователь 8 времени интегрирования, счетчик 9, триггер 10 и формирователь 11 сигнала исходного состояния, причем формирователь 8 времени интегрирования содержит элемент НЕ 12, генератор 13 импульсов, счетчик-распределитель 14 и триггер 15.

Выходы синусно-косинусных трансформаторных датчиков 1 соединены со входами коммутатора 2, выходы коммутатора 2 соединены со входами интеграторов 3 непосредственно и через попарно-соединенные пороговые элементы 5 и 6, настроенные попарно на положительные и отрицательные пороговые напряжения, соединены со входами элемента 4И-НЕ 7, выход элемента 4И-НЕ 7 соединен со входом формирователя 8 времени интегрирования, выход формирователя 11 сигнала исходного состояния соединен с первыми входами формирователя 8 времени интегрирования, счетчика 9 и триггера 10, выход формирователя 8 времени интегрирования соединен с первыми управляющими входами интеграторов 3, с управляющим входом функционального преобразователя отношения напряжений в код и со вторыми входами счетчика 9 и триггера 10, выход счетчика 9 соединен с управляющим входом коммутатора 2, управляющий выход функционального преобразователя 4 отношения напряжений в код соединен с третьим входом триггера 10, выход триггера 10 соединен со вторыми управляющими входами интеграторов 3, выходы интеграторов 3 соединены со входами функционального преобразователя 4 отношения напряжений в код, выходы функционального преобразователя 4 отношения напряжений в код являются выходами преобразователя, причем формирователь 8 времени интегрирования содержит элемент НЕ 12, генератор 13 импульсов, счетчик-распределитель 14 и триггер 15, вход элемента НЕ 12 является входом формирователя 8 времени интегрирования, выход элемента НЕ 12 соединен с первым входом счетчика-распределителя 14, выход генератора 13 импульсов соединен со вторым входом счетчика-распределителя 14, первый вход триггера 15 является вторым входом формирователя 8 времени интегрирования, второй и третий входы триггера 15 соединены соответственно с первым и вторым выходами счетчика-распределителя 14, выход счетчика-распределителя 14 является выходом формирователя 8 времени интегрирования.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

При включении питания преобразователя угла поворота вала в код формирователь 11 сигнала исходного состояния вырабатывает одиночный импульс, по которому счетчик 9 обнуляется, а триггер 10 и триггер 15 (формирователя 8 времени интегрирования) устанавливаются в исходное состояние "01".

При повороте вала синусно-косинусных трансформаторных датчиков 1 на некоторый угол αi напряжения с их выходных обмоток, пропорциональные sin αi и cos αi, через коммутатор 2, согласно выбранному счетчиком 9 адресу, соответствующему определенному входному параметру, последовательно во времени подключаются соответственно ко входам интеграторов 3 непосредственно и через пороговые элементы 5 и 6, настроенные попарно на положительные и отрицательные пороговые напряжения, ко входам элемента 4И-НЕ 7, который по точкам перехода сигнальных напряжений, пропорциональных sin αi и cos αi, через зоны от +U_пор. до -U_пор. и от -U_пор. до +U_пор. соответственно, вырабатывает и выдает импульс, соответствующий уровню "лог.0" (см. фиг.3), на формирователь 8 времени интегрирования.

И в первом и во втором полупериодах сигнальных напряжений по импульсу с выхода элемента 4И-НЕ 7 формирователь 8 времени интегрирования вырабатывает сигнал запуска и остановки интеграторов 3 (см. фиг.3), причем время интегрирования (t_инт=t₂-t₁) выбирается таким образом, чтобы интегрированию подвергалась середина сигнальных напряжений, что позволяет исключить ошибку от квадратурной составляющей и высших гармоник, кратных двум.

В первом полупериоде сигнальных напряжений интеграторы 3 интегрируют входные напряжения, поступающие с выходов нечетных (k=n+1, где n=0,2,4...; k - номер синусно-косинусных трансформаторных датчиков 1) синусно-косинусных трансформаторных датчиков 1 в течение времени интегрирования t_инт=t₂-t₁. В результате интегрирования на выходах интеграторов 3 получаем

где Um - амплитудное значение выходных сигнальных напряжений;

αi - угол поворота синусно-косинусных трансформаторных датчиков 1.

Во втором полупериоде сигнальных напряжений интеграторы 3 интегрируют входные напряжения, поступающие с выходов четных (k=n, где: n=0,2,4...; k - номер синусно-косинусных трансформаторных датчиков 1) синусно-косинусных трансформаторных датчиков 1 также в течение времени интегрирования t_инт.=t₂-t₁. В результате интегрирования на выходах интеграторов 3 получаем:

где: Um - амплитудное значение выходных сигнальных напряжений;

αi - угол поворота синусно-косинусных трансформаторных датчиков 1.

И в первом и во втором полупериодах напряжения, пропорциональные sin αi и cos αi, с выходов интеграторов 3 подключаются ко входам функционального преобразователя 5 отношения напряжений в код, который по заднему фронту сигнала с выхода формирователя 8 времени интегрирования производит их кодирование.

По окончании кодирования напряжений, пропорциональных sin αi и cos αi, функциональный преобразователь 5 отношения напряжений в код вырабатывает сигнал "конец кодирования", по переднему фронту которого триггер 10 устанавливается в состояние, соответствующее уровню "лог.1", а по переднему фронту сигнала с выхода формирователя 8 времени интегрирования триггер 10 устанавливается в исходное состояние, соответствующее уровню "лог.0", таким образом, выходной сигнал триггера 10 является сигналом подготовки (обнуления) интеграторов 3 к следующему циклу интегрирования входных напряжений.

Формирователь 8 времени интегрирования работает следующим образом.

При поступлении на вход формирователя 8 времени интегрирования импульса (с выхода элемента 4И-НЕ 7), соответствующего уровню "лог.0", последний через элемент НЕ 12 поступает на вход разрешения счета счетчика-распределителя 14, на счетный вход которого поступает частота с выхода генератора 13 импульсов. Счетчик-распределитель подсчитывает импульсы и вырабатывает на своих первом и втором выходах одиночные импульсы t₁ и t₂, по первому из которых триггер 15 устанавливается в состояние, соответствующее уровню "лог.1", а по второму - устанавливается в исходное состояние, соответствующее уровню "лог.0", таким образом, выходной сигнал триггера 15 является выходным сигналом формирователя 8 времени интегрирования и следовательно сигналом запуска и остановки интеграторов 3.

Таким образом, введение в преобразователь угла поворота вала в код счетчика, триггера, формирователя времени интегрирования и формирователя сигнала исходного состояния, позволяет обрабатывать входные параметры за время, равное половине периода сигнальных напряжений, и тем самым повысить быстродействие преобразователя угла поворота вала в код в два раза по сравнению с аналогичным устройством-прототипом.

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к преобразователям угла поворота вала в код, и может быть использовано в системах обработки данных. Техническим результатом является повышение быстродействия преобразователя. Технический результат достигается за счет того, что преобразователь угла поворота вала в код содержит синусно-косинусные трансформаторные датчики, коммутатор, интеграторы, пороговые элементы, элемент 4И-НЕ, функциональный преобразователь отношения напряжений в код, счетчик, триггер, формирователь времени интегрирования и формирователь сигнала исходного состояния, причем формирователь времени интегрирования содержит генератор импульсов, счетчик-распределитель, триггер и элемент НЕ. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Преобразователь угла поворота вала в код, содержащий синусно-косинусные трансформаторные датчики, выходы которых подключены ко входам коммутатора, выходы которого подключены ко входам интеграторов непосредственно и через пороговые элементы, настроенные попарно на положительные и отрицательные пороговые напряжения, подключены ко входам элемента 4И-НЕ, выходы интеграторов подключены ко входам функционального преобразователя отношения напряжений в код, выходы которого являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что в него введены счетчик, триггер, формирователь времени интегрирования и формирователь сигнала исходного состояния, выход которого подключен к первым входам счетчика, триггера и формирователя времени интегрирования, второй вход которого подключен к выходу элемента 4И-НЕ, а выход - подключен к первым управляющим входам интеграторов, к управляющему входу функционального преобразователя отношения напряжений в код и ко вторым входам триггера и счетчика, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, управляющий выход функционального преобразователя отношения напряжений в код подключен к третьему входу триггера, выход которого подключен ко вторым управляющим входам интеграторов.2. Преобразователь угла поворота вала в код по п.1, отличающийся тем, что формирователь времени интегрирования содержит генератор импульсов, счетчик-распределитель, триггер и элемент НЕ, вход которого является первым входом формирователя времени интегрирования, а выход - подключен к первому входу счетчика-распределителя, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первый вход триггера является вторым входом формирователя времени интегрирования, второй и третий входы триггера подключены соответственно к первому и второму выходам счетчика-распределителя, а выход - является выходом формирователя времени интегрирования.